Üç ölçegli nikel köpük materiallarynda nanostruktura materiallaryny suw döwmek üçin elektrokatalizator hökmünde ulanmak

Gazylyp alynýan ýangyçlaryň azalmagy we energiýa we daşky gurşaw meseleleri baradaky aladalar alternatiw energiýa çeşmelerini ösdürmek boýunça giňişleýin gözleglere sebäp boldy.Elektrokimiki elektrolizwodorod ýangyjyny öndürmek üçin geljegi uly strategiýa hasaplanýar. Şeýle-de bolsa, suwuň täsirli döwülmegi kislorod çykarmak reaksiýasynyň (OER) we wodorod çykarmak reaksiýasynyň (HER) kinetikasyny çaltlaşdyryp biljek täsirli we çydamly elektrokatalizatorlary talap edýär. Pt we onuň garyndylary, RuO2 we IrO2 ýaly ajaýyp metal saklaýan katalizatorlar, häzirki wagtda OER we HER katalizasiýasy üçin iň täsirli katalizator bolup durýar. Şeýle-de bolsa, asylly metallaryň gymmatlygy we gytlygy olaryň giňden ulanylmagyna we gaýtadan dikeldilýän energiýa tehnologiýalarynyň ösmegine päsgelçilik döretdi. Bu çäklendirmeleri ýeňip geçmek üçin, OER we OERHER-e ykdysady alternatiwalar hökmünde ýer baý materiallary ulanyp, gymmat däl metal elektrokatalizatorlary taslamak we sintez etmek üçin ep-esli tagalla edildi. Geçiş metal oksidleri, sulfidler, fosfidler, uglerod materiallary, selenidler we garyşyk metal toplumlary giňden öwrenildi we OER we HER üçin geljegi uly öndürijilik görkezdi. Şeýle-de bolsa, bu elektrokatalizatorlaryň köpüsi asylly metal esasly katalizatorlara garanyňda has ýokary ygtyýarlyklary talap edýär we olaryň durnuklylygyny ýokarlandyrmak möhüm ähmiýete eýe. Şonuň üçin suwy netijeli bölmek üçin ýokary işjeňlik we uzak möhletli durnuklylyk bilen arzan we täsirli alternatiw elektrod gurluşyny ösdürmek zerur.

Elektrokimiki amaly ulgamynda, elektrodlary taýýarlamak üçin iki esasy strategiýa ulanyldy. Ilkinji we iň giňden ulanylýan usul, katalizatorlary tozan görnüşinde ulanmagy öz içine alýar. Adatça, elektrodlar elektroaktiw materiallaryň, geçirijilik güýçlendirijileriniň we geçiriji substratlardaky ýelimleriň kömegi bilen gurulýar. Şeýle-de bolsa, bu çemeleşme kemçiliksiz däl. Esasy kemçilik, elektrolit bilen katalizatoryň arasyndaky aragatnaşyk meýdanyny azaldýan elektrik izolýasiýa baglaýjysynyň talabydyr. Bu katalitiki taýdan işjeň ýerleriň petiklenmegine, ýokary garşylygyň we elektrokatalitiki öndürijiligiň peselmegine sebäp bolup biler. Mundan başga-da, elektrodlar birneme durnuksyz, sebäbi birikdirilen katalizator ýokary tok dykyzlygynda geçiriji substratdan gabyk alýar. Elektrody taýýarlamagyň ikinji esasy strategiýasy, nikel köpügi, mis folga, uglerod mata ýa-da kagyz, FTO, poslamaýan polat we nikel folga ýaly gönüden-göni geçiriji substrata elektrodepozirlenen asylly metal esasly materiallary ulanmakdyr. Şeýle-de bolsa, bu çemeleşme çäklendirmesiz däldir. Goýlan işjeň materiallaryň arasynda elýeterli giňişlige takyk gözegçilik etmek kyn, şonuň üçin substratyň içindäki katalitiki işjeň ýerlere girip bilmeýändigi sebäpli filmiň galyňlygynyň ýokarlanmagy bilen elektrodyň öndürijiligi peselýär. Mundan başga-da, usulyň çylşyrymlylygy we ýokary bahasy onuň amaly ulanylmagyna uly päsgelçilik döredýär. Şol sebäpli, tygşytly ýasama usullaryny ösdürmeküç ölçegli (3D) elektrodlarüstünlikli elektrohimiýa amaly üçin zerurdyr.

Gözenekli gurluşlar we ýokary ýerüsti meýdanlar bilen täze üç ölçegli metal materiallaryň işlenip düzülmegi, ionyň ýaýramagynyň uzynlygyny azaltmak we ion we elektron geçirijiligini ýokarlandyrmak mümkinçilikleri sebäpli ep-esli ünsi çekdi. Şonuň üçin elektrokatalizator dizaýnynyň geljegi uly ugry, ýokary geçirijiligi, uly ýer meýdany we ýokary durnuklylygy üpjün edýän katalizator göterijileriniň nanostrukturaly birleşmesini döretmek üçin dürli gurluş ölçeglerini birleşdirmekdir.Nikel köpük(NF), täjirçilik taýdan elýeterli we arzan material, islenýän üç ölçegli açyk gözenek gurluşy, ýokary elektrik geçirijiligi we uly aýratyn meýdany sebäpli elektrod materiallary üçin substrat we daşaýjy hökmünde giňden ulanyldy. Mikroporlar we ýapyk akym NF-lerdäki kanallar hem köpçülikleýin geçiriş we bir meýdana uly ýer meýdany berýär. Dürli metal köpükler, mesler, folga we matalar ýaly dürli substratlar litiý-ion batareýalary, superkapensatorlar, gün öýjükleri we suwuň bölünişi ýaly elektrokimiki goşundylar üçin kollektor hökmünde öwrenildi. Hususan-da, gözenekli NF-ler arzan bahasy, elektrik geçirijiligi we katalizatorlary ýüklemek we elektrokimiki işjeň ýerleri köpeltmek üçin amatly bolan uly elektroaktiw ýer meýdany sebäpli ünsi özüne çekdi. Mundan başga-da, gözenekli NF-ler elektrolitleriň köpçülikleýin daşalmagyny güýçlendirmekde, olary energiýa goşundylarynda ýokary ýerüsti tok kollektorlaryna laýyk kandidat etmekde artykmaçlyklara eýe. Nikel köpügindäki işjeň materiallaryň gönüden-göni ösmegi, suwuň ýarylmagy reaksiýalarynda elektronyň netijeli geçirilmegi üçin katalizator-substrat aragatnaşygyny güýçlendirýär. Superkapasitor we batareýa elektrodlary NF-ler üçin esasy programmalar bolup galsa-da, soňky gözlegler bu materialda goýlan elektrod materiallarynyň Ni folga we torlardan has ýokary OER işjeňliginiň bardygyny görkezdi. Bu materiallar tebigy görnüşinde ýa-da işjeň materiallar bilen bezelip bilner, köpükler hem kollektor, hem-de goldaw substraty hökmünde ulanylyp bilner. Şeýlelik bilen, NF substratlarynda nanostrukturaly, topraga baý katalitik materialyň ösmegi, energiýa saklaýyş / öwrüliş enjamlary üçin ösen elektrod materiallaryny ösdürmäge söz berýär. Nikel köpüginde gönüden-göni ösdürilip ýetişdirilýän topraga baý elektrokatalizatorlar adatça elýeterli bolsa-da, OER we HER-ler üçin nikel köpügindäki üç ölçegli elektrodlar, arzan we ýasamak aňsat gözenekli iýerarhiki gurluşlar bolsa-da, giňişleýin öwrenilmedi.